TWI559330B - 具有金屬網格的透明導電結構 - Google Patents

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TWI559330B TW102141467A TW102141467A TWI559330B TW I559330 B TWI559330 B TW I559330B TW 102141467 A TW102141467 A TW 102141467A TW 102141467 A TW102141467 A TW 102141467A TW I559330 B TWI559330 B TW I559330B
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Description

具有金屬網格的透明導電結構
本發明係關於一種透明導電結構，特別是關於用於觸控裝置之感應元件的透明導電結構及其製造方法。
目前，觸控面板已廣泛應用在行動通訊裝置、電腦以及數位相機等電子裝置上。並且生產小尺寸觸控面板的技術已相當成熟，可應用於各種具有小尺寸顯示裝置的電子產品中。
在傳統的觸控面板中，主要使用氧化銦錫(ITO)做為透明導電材料。然而，相較於金屬的導電性，ITO的面電阻值(100~400Ω/□)及線電阻值(10,000~50,000Ω)均高很多。當觸控面板面積愈大時，觸控面板的總表面電阻亦增加。如此一來，便導致觸控面板的反應速度降低，或產生感應靈敏度不佳的情況。
在現有的觸控面板中，逐漸使用具有金屬網格的透明導電結構取代傳統的ITO材料，例如石墨烯、奈米碳管或奈米銀線，然而這些材料因成本較高而不易量產。一般 具有金屬網格的透明導電結構主要係具有金屬層，其中金屬層一般係以銀做為導電材料。
然而，除了成本昂貴之外，金屬銀本身容易產生氧化反應或硫化反應，而增加透明導電結構的表面電阻值，甚至形成斷路，造成電性失效。因此，目前需要一種新的透明導電結構及其製造方法，以解決傳統透明導電結構及其製造方法所產生的缺失。
本發明係提供一種以金屬銅做為導電層的透明導電結構及其製造方法，用以解決傳統透明導電結構及其製造方法的缺失。
本發明之一態樣在於提供一種透明導電結構。此透明導電結構包含透明基板、第一網格結構及第二網格結構。其中透明基板具有上表面及相對於上表面的下表面。
第一網格結構係設置於透明基板的上表面。其中第一網格結構由透明基板的上表面依次包含第一介電層、第一金屬層及第一抗反射層。第一金屬層係設置於第一介電層上，且第一抗反射層係設置於第一金屬層上。
第二網格結構係設置於透明基板的下表面。其中第二網格結構由透明基板的下表面依次包含第二介電層、第二金屬層及第二抗反射層。第二金屬層係設置於第二介電層上，且第二抗反射層係設置於第二金屬層上。
根據本發明之一實施例，上述第一、第二網格結構 之線寬為約2~15微米。
根據本發明之一實施例，上述透明基板為一剛性基板或一可撓性基板。根據本發明之另一實施例，上述剛性基板包含玻璃、玻璃纖維或硬塑膠。根據本發明之又一實施例，上述可撓性基板包含聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或三醋酸纖維(TAC)。
根據本發明之一實施例，上述第一介電層及第二介電層之材料為一金屬、一含氧的金屬化合物或一含硫的金屬化合物。根據本發明之另一實施例，上述金屬或金屬化合物係選自由鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)及其合金所組成之群組。
根據本發明之一實施例，上述第一介電層及第二介電層之厚度為約1~200奈米。
根據本發明之一實施例，上述第一介電層及第二介電層係呈藍色、深藍色或黑色。
根據本發明之一實施例，上述第一抗反射層及第二抗反射層之材料為一金屬、一金屬氧化物或一金屬硫化物。根據本發明之另一實施例，上述金屬係選自由鎳、鈦、鉬、鉻、銅、鋅、錫、鈷(Co)、鎢(W)、鐵(Fe)及其合金所組成之群組。
根據本發明之一實施例，上述該第一抗反射層及第二抗反射層之厚度為約5~1,000奈米。
根據本發明之一實施例，上述第一抗反射層及第二抗反射層係呈藍色、深藍色或黑色。
根據本發明之一實施例，上述第一金屬層及第二金屬層之材料為銅或銀。
根據本發明之一實施例，上述第一金屬層及第二金屬層之厚度為0.2~3.0微米。
根據本發明之一實施例，上述第一網格結構及第二網格結構係呈一柵格狀圖案、一菱形圖案或一正方格狀圖案。
根據本發明之一實施例，上述第一網格結構更包含一第一附著(tie coat)層，第一附著層係夾置於透明基板之上表面及第一介電層之間。以及第二網格結構更包含一第二附著層，第二附著層係夾置於透明基板之下表面及第二介電層之間。根據本發明之一實施例，上述第一附著層及第二附著層之材料為一金屬、一含氧的金屬化合物或一含硫的金屬化合物。根據本發明之另一實施例，上述金屬或金屬化合物係選自由鎳、鈦、鉬、鉻、銅、鋅、鈷、錫、釩(V)及其合金所組成之群組。根據本發明之又一實施例，上述第一附著層及第二附著層之厚度為約1~200奈米。
根據本發明之一實施例，上述第一網格結構更包含一第一保護層，第一保護層覆蓋第一抗反射層。以及第二網格結構更包含一第二保護層，第二保護層覆蓋第二抗反射層。根據本發明之另一實施例，上述第一保護層及第二保護層之材料為一光學膠(optical clear adhesive，OCA)。根據本發明之又一實施例，上述光學膠為一透明壓克力膠(transparent acrylic adhesive)。根據本發明之再一實施例， 上述第一保護層及第二保護層之厚度為約10~100微米。
100、200、300‧‧‧透明導電結構
110、210、310‧‧‧透明基板
120、220、320‧‧‧第二網格結構
130、230、330‧‧‧第一網格結構
221、321‧‧‧第二金屬層
222、322‧‧‧第二介電層
223、323‧‧‧第二抗反射層
231、331‧‧‧第一金屬層
232、332‧‧‧第一介電層
233、333‧‧‧第一抗反射層
324‧‧‧第二附著層
325‧‧‧第二保護層
334‧‧‧第一附著層
335‧‧‧第一保護層
第1圖係根據本發明之一實施例所繪示的透明導電結構100的俯視圖；第2圖係根據本發明之一實施例所繪示的透明導電結構200的剖面圖；以及第3圖係根據本發明之一實施例所繪示的透明導電結構300的剖面圖。
接著以實施例並配合圖式以詳細說明本發明，在圖式或描述中，相似或相同的部分係使用相同之符號或編號。在圖式中，實施例之形狀或厚度可能擴大，以簡化或方便標示，而圖式中元件之部分將以文字描述之。可瞭解的是，未繪示或未描述之元件可為熟習該項技藝者所知之各種樣式。
本文所使用之術語僅是用於描述特定實施例之目的且不意欲限制本發明。如本文所使用，單數形式"一"(a、an)及"該"(the)意欲亦包括複數形式，除非本文另有清楚地指示。應進一步瞭解，當在本說明書中使用時，術語"包含"(comprises及/或comprising)指定存在所述之特徵、整數、步驟、運作、元件及/或組份，但並不排除存在或添加一或多個其它特徵、整數、步驟、運作、元件、組份及/或其群 組。本文參照為本發明之理想化實施例(及中間結構)之示意性說明的橫截面說明來描述本發明之實施例。如此，吾人將預期偏離該等說明之形狀之由於(例如)製造技術及/或容差的改變。因此，不應將本發明之實施例理解為限於本文所說明之特定區域形狀，而將包括起因於(例如)製造之形狀改變，且該等圖中所說明之區域本質上為示意性的，且其形狀不意欲說明設備之區域的實際形狀且不意欲限制本發明之範疇。
第1圖係根據本發明之一實施例所繪示的透明導電結構100的俯視圖。在第1圖中，透明導電結構100包含透明基板110、第一網格結構130及第二網格結構120。
其中第一網格結構130具有複數個導電絲，且呈橫向延伸。而第二網格結構120具有複數個導電絲，且呈縱向延伸。於俯視圖中，第一網格結構130的諸導電絲及第二網格結構120的諸導電絲皆為彼此交錯形成方格狀結構。在本發明之一實施例中，第一、第二網格結構的諸導電絲的線寬為約2~15微米，較佳為約2~8微米。由於第一、第二網格結構具有極細的導電絲，可以防止光線產生波紋(moire)或干涉條紋(interference fringe)的光學現象。
本發明之實施例所提供的透明導電結構可應用於觸控裝置或顯示裝置中。由於此透明導電結構具有金屬層，因此在本發明之一實施例中，對於第一、第二網格結構進行黑化處理，以避免金屬層產生光反射而產生色差或可目視到金屬線路。另一方面，由於第一、第二網格結構 係呈深藍色或黑色，可用以吸收反射光或散射光，並且避免導電絲所產生的光繞射或波紋現象。
第2圖係根據本發明之一實施例所繪示的透明導電結構200的剖面圖。在第2圖中，透明導電材料200包含透明基板210、第一網格結構230及第二網格結構220。
其中，透明基板210具有上表面及下表面。第一網格結構230係位於透明基板210之上表面；而第二網格結構220係位於透明基板210之下表面。在本發明之一實施例中，透明基板為一剛性基板或一可撓性基板。本發明之另一實施例中，剛性基板包含玻璃、玻璃纖維或硬塑膠。本發明之又一實施例中，可撓性基板包含聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或三醋酸纖維(TAC)。
在第2圖中，第一網格結構230包含第一金屬層231、第一介電層232及第一抗反射層233。其中，由透明基板210的上表面起依次為第一介電層232、第一金屬層231及第一抗反射層233。
第二網格結構220包含第二金屬層221、第二介電層222及第二抗反射層223。其中，由透明基板210的下表面起依次為第二介電層222、第二金屬層221及第二抗反射層223。
在本發明之一實施例中，第一、第二金屬層之材料為銅或銀。在本發明之另一實施例中，第一、第二金屬層之厚度為約0.2~3.0微米。由於銅的電阻率為約1.678×10-6Ω-cm，遠低於其他非金屬的透明導電材料，倘若能將銅製 成光穿透率達85%以上的導電膜，便可做為透明導電結構。因此，在本發明之實施例中，將銅製成具有極細金屬絲的網格結構，光線便可由網格結構中的開口透光，使網格結構具有較佳的透光度，同時具有較佳的導電性。
在本發明之一實施例中，第一、第二介電層之材料為金屬、含氧或含硫的金屬化合物。值得注意的是，所述之含氧或含硫的金屬化合物係指氧分子、氧原子或硫原子摻雜在金屬結晶中。
當金屬結晶中摻雜氧分子、氧原子或硫原子時，會使得金屬化合物失去金屬光澤，得到藍色、深藍色或黑色的含氧或含硫的金屬化合物。在本發明之一實施例中，金屬或金屬化合物係選自由鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)及其合金所組成之群組。在本發明之另一實施例中，第一、第二介電層係呈藍色、深藍色或黑色。在本發明之又一實施例中，第一、第二介電層之厚度為約1~200奈米。
在本發明之一實施例中，第一、第二抗反射層之材料為金屬、金屬氧化物或金屬硫化物。在本發明之另一實施例中，金屬係選自由鎳、鈦、鉬、鉻、銅、鋅、錫、鈷(Co)、鎢(W)、鐵(Fe)及其合金所組成之群組。
由於本發明之實施例所提供的金屬氧化物皆為藍色、深藍色或黑色，因此第一、第二抗反射層係呈藍色、深藍色或黑色。在本發明之一實施例中，第一、第二保護層之厚度為約5~1,000奈米。
第3圖係根據本發明之一實施例所繪示的透明導電結構300的剖面圖。在第3圖中，透明導電材料300包含透明基板310、第一網格結構330及第二網格結構320。
其中，透明基板310具有上表面及下表面。第一網格結構330係位於透明基板310之上表面；而第二網格結構320係位於透明基板310之下表面。在本發明之一實施例中，透明基板為一剛性基板或一可撓性基板。本發明之另一實施例中，剛性基板包含玻璃或硬塑膠。本發明之又一實施例中，可撓性基板包含聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或三醋酸纖維(TAC)。
在第3圖中，第一網格結構330包含第一金屬層331、第一介電層332、第一抗反射層333、第一附著層334及第一保護層335。其中，由透明基板310的上表面起依次為第一附著層334、第一介電層332、第一金屬層331、第一抗反射層333及第一保護層335。
第二網格結構320包含第二金屬層321、第二介電層322、第二抗反射層323、第二附著層324及第二保護層325。其中，由透明基板的下表面起依次為第二附著層324、第二介電層322、第二金屬層321、第二抗反射層323及第二保護層325。
在本發明之一實施例中，第一、第二金屬層之材料為銅或銀。在本發明之另一實施例中，第一、第二金屬層之厚度為約0.2~3.0微米。
在本發明之一實施例中，第一、第二介電層之材料 為金屬、含氧或含硫的金屬化合物。值得注意的是，所述之含氧或含硫的金屬化合物係指氧分子、氧原子或硫原子摻雜在金屬結晶中。
當金屬結晶中摻雜氧分子、氧原子或硫原子時，會使得金屬化合物失去金屬光澤，得到深藍色或黑色的含氧或含硫的金屬化合物。在本發明之一實施例中，金屬或金屬化合物係選自由鎳、鈦、鉬、鉻、銅、鋅、錫及其合金所組成之群組。在本發明之另一實施例中，第一、第二介電層係呈藍色、深藍色或黑色。在本發明之又一實施例中，第一、第二介電層之厚度為約1~200奈米。
在本發明之一實施例中，第一、第二抗反射層之材料為金屬、金屬氧化物或金屬硫化物。在本發明之另一實施例中，金屬係選自由鎳、鈦、鉬、鉻、銅、鋅、錫、鈷、鎢、鐵及其合金所組成之群組。
由於本發明之實施例所提供的金屬氧化物皆為藍色、深藍色或黑色，因此第一、第二抗反射層係呈藍色、深藍色或黑色。在本發明之一實施例中，第一、第二保護層之厚度為約5~1,000奈米。
根據本發明之一實施例，上述第一附著層及第二附著層之材料為金屬或含氧或含硫的金屬化合物。根據本發明之另一實施例，上述金屬或金屬化合物係選自由鎳、鈦、鉬、鉻、銅、鋅、鈷、錫、釩(V)及其合金所組成之群組。在本發明之另一實施例中，第一附著層及第二附著層之厚度為約1~200奈米。
在本發明之一實施例中，第一保護層及第二保護層之材料為一光學膠(optical clear adhesive，OCA)，例如可為透明壓克力膠(clear acrylic adhesive)。在本發明之另一實施例中，第一保護層及第二保護層之厚度為約10~100微米。
實施例一
提供一PET透明基板，接著於PET透明基板的上表面及下表面同時進行以下製程。濺鍍厚度約20奈米的鎳鉻合金於PET透明基板上做為附著層。接著濺鍍鋅銅合金於附著層上做為介電層，以加強鎳鉻合金和銅之間的結合能力。
再利用電鍍製程將銅金屬鍍在介電層上，形成金屬導電層。在此實施例中，金屬導電層的厚度約為0.7微米。上述形成金屬導電層的電鍍溶液之配方如下表一所示。
接著利用電鍍製程，將抗反射層電鍍於金屬導電層上。在此實施例中，抗反射層之厚度為約0.1微米，且其材料為黑色的鎳鋅硫化合物。上述鎳鋅混合物的電鍍溶液之配方如下表二所示。
由表三可知，此實施例之附著層及抗反射層的色彩座標均趨近黑色，用以吸收反射光或散射光，並且降低光繞射現象。
接著，利用微影製程，蝕刻上述附著層、介電層、金屬導電層及抗反射層，形成網格結構。在此實施例中，網格結構的線寬為約4微米。之後，再覆蓋一光學膠(optical clear adhesive，OCA)於抗反射層之上，用以做為保護層，即得到一銅金屬網格結構。此銅金屬網格結構可應用於觸控面板做為感應元件(sensor)。
利用感應偶合電漿法(ICP)及元素分析儀測定透明導電結構之諸層中的金屬原子比例及氧原子含量，以調控透明導電結構之面電阻值及線電阻值(請參考表四)，及諸層的色彩數據。
實施例二
在實施例二中，附著層係為含氧的鉬化合物，且抗反射層的材料係為鉬氧化物。實施例二的製作方法及其餘各層之材料如同實施例一所述，在此不再多加贅述。
利用感應偶合電漿原子放射光譜法(ICP-AES)及元素分析儀測定透明導電結構之諸層中的金屬原子比例及氧原子含量，以調控透明導電結構之面電阻值及線電阻值，及諸層的色彩數據(請參考表五及表六)。
由表五的結果可知，附著層之顏色係接近深藍色，且抗反射層之顏色亦接近深藍色。
本發明之實施例所提供的透明導電結構之面電阻 值為約0.01~1Ω/□，且線電阻值小於700Ω。此實施例的透明導電結構之面電阻值及線電阻值均遠小於氧化銦錫(ITO)之面電阻值(100~400Ω/□)及線電阻值(>10,000Ω)。由此結果可知，本發明之實施例所提供的透明導電結構具有較低的面電阻值及較高導電度。當應用於觸控裝置時，本發明之實施例所提供的透明導電結構具有較佳的靈敏度。另一方面，由於本發明之實施例所提供的透明導電結構中金屬層上下皆為深藍色或黑色的介電層及保護層所覆蓋，因此可避免光反射、光散射或光繞射所產生的色偏現象。
除此之外，本發明之實施例所提供的透明導電結構之金屬層係使用銅做為導電材料。相較於金屬銀，金屬銅具有較高的化學穩定性，不易因氧化作用或硫化作用而損害透明導電結構，造成電性失效。並且金屬銅的價格亦較金屬銀便宜，可大幅降低生產成本。
雖然本發明之實施例已揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定為準。
200‧‧‧透明導電結構
210‧‧‧透明基板
220‧‧‧第二網格結構
221‧‧‧第二金屬層
222‧‧‧第二介電層
223‧‧‧第二抗反射層
230‧‧‧第一網格結構
231‧‧‧第一金屬層
232‧‧‧第一介電層
233‧‧‧第一抗反射層

Claims (13)

  1. 一種具有金屬網格的透明導電結構，包含：一透明基板，具有一上表面及相對於該上表面的一下表面；一第一網格結構，設置於該透明基板的該上表面，其中該第一網格結構由該透明基板的該上表面依次包含：一第一附著層，係為鎳鉻合金並濺鍍形成於該透明基板之上表面；一第一介電層，係為鋅銅合金並濺鍍形成於該第一附著層之上；一第一金屬層，係以銅為主材料並電鍍形成於該第一介電層上，其中，鋅銅合金之第一介電層係用以增強鎳鉻合金與銅之結合能力；以及一第一抗反射層，係為鎳鋅硫化合物並電鍍形成於該第一金屬層上，藉此防止第一金屬層產生光反射現象，或可目視到第一金屬層之線路；其中，該第一介電層用以吸收反射光或散射光，並且避免第一金屬層產生的光繞射或波紋現象；以及一第二網格結構，設置於該透明基板的該下表面，其中該第二網格結構由該透明基板的該下表面依次包含：一第二附著層，係為鎳鉻合金並濺鍍形成於該透明基板之下表面；一第二介電層，係為鋅銅合金並濺鍍形成於該第二附著層之上； 一第二金屬層，係以銅為主材料並形成於該第二介電層上，其中，鋅銅合金之第二介電層係用以增強鎳鉻合金與銅之結合能力；以及一第二抗反射層，係為鎳鋅硫化合物並電鍍形成設置於該第二金屬層上，藉此防止第二金屬層產生光反射現象，或可目視到第二金屬層之線路；其中，該第二介電層用以吸收反射光或散射光，並且避免第二金屬層產生的光繞射或波紋現象。
  2. 如請求項1所述之透明導電結構，其中該第一、第二網格結構之線寬為約2~15微米。
  3. 如請求項1所述之透明導電結構，其中該透明基板為一剛性基板或一可撓性基板。
  4. 如請求項3所述之透明導電結構，其中該剛性基板包含玻璃、玻璃纖維或硬塑膠。
  5. 如請求項3所述之透明導電結構，其中該可撓性基板包含聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或三醋酸纖維(TAC)。
  6. 如請求項1所述之透明導電結構，其中該第一介電層及該第二介電層之厚度為約1~200奈米。
  7. 如請求項1所述之透明導電結構，其中該第一抗反射層及該第二抗反射層之厚度為約5~1,000奈米。
  8. 如請求項1所述之透明導電結構，其中該第一金屬層及該第二金屬層之厚度為約0.2~3.0微米。
  9. 如請求項1所述之透明導電結構，其中該第一附著層及該第二附著層之厚度為約1~200奈米。
  10. 如請求項1所述之透明導電結構，其中該第一網格結構更包含一第一保護層，該第一保護層覆蓋該第一抗反射層；以及該第二網格結構更包含一第二保護層，該第二保護層覆蓋該第二抗反射層。
  11. 如請求項10所述之透明導電結構，其中該第一保護層及該第二保護層之材料為一光學膠(optical clear adhesive，OCA)。
  12. 如請求項11所述之透明導電結構，其中該光學膠為一透明壓克力膠(transparent acrylic adhesive)。
  13. 如請求項10所述之透明導電結構，其中該第一保護層及該第二保護層之厚度為約10~100微米。
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